Щели в доспехах

Итак:

а) в природе наблюдаются колебательные движения с частотами очень широкого диапазона - от медленных колебаний с периодом в годы и столетия до миллиардов, миллиардов периодов в секунду. Свойства этих колебаний различны и определяются их частотой. Принципиальная особенность колебательных движений - способность распространяться в окружающей среде;

б) обитатели Земли ("в упорном труде") изучили многие свойства этих колебаний, научились генерировать, излучать и принимать эти колебания в удаленных от источника точках.

Теперь уместно поставить два вопроса. Какие колебания способны уйти навсегда за пределы Земли и стать вестниками нашей цивилизации? Какие колебания могут прийти к нам из космоса и принести весть от обитателей иных миров?

Сразу нужно исключить из рассмотрения все неэлектромагнитные колебания (механические, звуковые, ультразвуковые), которые - могут распространяться только в средах типа воздуха, воды, металла и быстро в них затухают. Из электромагнитных колебаний также далеко не все могут быть использованы для межзвездной связи.

Наша планета совершает свой путь по холодному космическому пространству в могучих тройных доспехах.

Первая - самая тонкая - броня поднимается над поверхностью на 20 километров и именуется тропосферой. Вторая - в четыре раза толще - это стратосфера. И наконец, самая мощная броня, составляющая сотни километров, - ионосфера.

Только благодаря этим доспехам нам на голову не падают бесчисленные метеориты: они сгорают в атмосфере. Только благодаря этому панцирю на Земле есть люди, животные, деревья, розы... Это он поглощает сильное рентгеновское и ультрафиолетовое излучения, приходящие к нам из космоса, и защищает все живое.

Но в этих доспехах есть две щели. Через одну свободно проникают радиоволны, через другую свет. Эти два "окна" и соединяют нас со вселенной. Через световое окно поступает солнечный свет и свет звезд. Этим окном пользуются астрономы. Их инструменты - глаз, бинокль, телескоп, фотоаппарат и др.

Через радиоокно к нам поступает невидимое глазом излучение небесных тел. Благодаря ему и возникла радиоастрономия. Инструменты здесь - радиотелескопы, радиоприемники, осциллографы и т. д.

Рис. 27

Радиоастрономия - молодая ветка на древнем дереве астрономии. Правда, на нем в последнее время появились и совсем молодые побеги - рентгеновский, ультрафиолетовый, инфракрасный, нейтринный.

Эти направления связаны с выносом приборов для наблюдения за пределы трех панцирных оболочек Земли. Поэтому не будем растекаться мыслью по этому древу, а вернемся к нашим щелям.

В радиоокно проникают колебания далеко не всего радиодиапазона. Длинные волны, порядка десяти - одной тысячи метров (λ=10 000-1000 метров), распространяются вдоль земной поверхности и хорошо ее огибают. Но в космос они не могут пробиться. Кроме того, они сильно поглощаются земной поверхностью и быстро затухают. Для связи с небесными телами такие радиоволны явно не подходят.

Средние λ=1000-100 метров) и короткие (λ=100-10 метров) волны в большинстве случаев не могут преодолеть третий панцирь - ионосферу. Под действием поступающих извне ультрафиолетовых лучей происходит ионизация верхних слоев атмосферы. Суть этого процесса состоит в отрыве одного или нескольких электронов от атомов газа. Потеряв электроны, атомы превращаются в положительно заряженные ионы. Степень ионизации измеряют числом свободных, то есть оторванных от атомов, электронов. Их число в одном кубическом сантиметре ионосферы доходит до миллиона! Эта столь многочисленная воинственная армия хаотически движущихся свободных электронов создает непреодолимую электрическую броню. Она отталкивает волны этого диапазона обратно на Землю.

Однако против волн порядка 10 метров и короче эта грозная броня оказывается бессильной. Они свободно ее пронзают и покидают Землю. В чем тут секрет? Его можно раскрыть, наблюдая массовый танец электронов в ионосфере при вторжении волны. Да, да, именно танец. Пока длина волны больше 10 метров, эти воинственные танцоры успевают плясать ритмично с гармонически извивающейся приходящей волной. Каждый танцор имеет заряд. Ритмичное движение этих зарядов создает в ионосфере свое электромагнитное поде; его называют противополем. Взаимодействие приходящего поля и противополя приводит к отражению радиоволн. При более высоких частотах, или волнах менее 10 метров, ритм танца становится для исполнителей бешеным: ведь это десятки миллионов па в секунду! Даже электроны оказываются для этого слишком неуклюжими. Они задыхаются и прекращают танец. Противополе исчезает. Волны свободно уходят в космос. Однако и для таких ультракоротких волн природа воздвигла серьезный барьер. Оказалось, что верхнюю границу этим волнам создает нижний слой брони - тропосфера. При длине волны порядка одного сантиметра тропосфера сильно поглощает радиоволны, и они уже не достигают ионосферы. При этом основным поглотителем являются капли влаги, водяные пары, снежинки и т. п.

Итак, земляне, несмотря на указанные ограничения, имеют значительное радиоокно в космос. Грубо говоря, его протяженность от 10 метров до одного сантиметра.

Заметим, что световое окно имеет меньшую относительную ширину. Оно пропускает световые волны длиной от 0,4 до 0,75 микрона.

Выбор наиболее выгодных волн в радиоокне для межзвездной связи мы рассмотрим ниже. Отметим только тот факт, что радиоокно, как и световое, одинаково хорошо прозрачно в обе стороны. Так же, как днем окно пропускает в комнату лучи Солнца "извне", так ночью электрическая лампочка в комнате льет свет через окно "вовне". Поэтому все электромагнитные колебания, которые проходят к нам через броню, могут быть использованы нами и для подачи сигналов в космос.

Обратимся ко второй щели - световой. Через это световое окно уже миллиарды лет льется на Землю даровая энергия Солнца. Она в каменном угле и нефти, она в сирени и ландыше, она в птахе и в человеке.

Этот поток настолько могуч, что глазом уловить днем слабые световые потоки других светил невозможно. Правда, был один период в истории Земли, когда ее обитатели могли любоваться и Солнцем, и вновь вспыхнувшей звездой одновременно. Он отмечен в древних летописях (см. ниже).

Но вот окончен трудовой день могучего светила. Лучи его гаснут, и зажигается несметное число других далеких солнц на небе.

С незапамятных времен и до наших дней световое окно работало в режиме "извне". В прошлом веке были, правда, проекты подать световые сигналы возможным обитателям Луны и Марса. Так, великий математик Гаусс предложил вырубить в сибирской тайге гигантский треугольник и засеять его пшеницей. Венский астроном Литтров предлагал прорыть в Сахаре огромные каналы, изображающие собой геометрические фигуры длиной в десятки километров. Каналы эти заполнить водой, а ночью наливать поверх воды керосин и поджигать его. Во Франции предложили соорудить гигантское зеркало и пускать им солнечные "зайчики" в сторону Марса. Лучших решений в ту пору и не могло быть.

Сегодня у нас есть возможность направить мощный импульс света в окно и начать работу в режиме "вовне". Земляне изобрели свое управляемое солнце.

Его краткая биография дана в следующем разделе.